Законы термодинамики и термодинамические величины (функции) системы часть 4

. Итак, как и следовало ожидать, в соответствии со вторым законом термодинамики изменение полной энтальпии произвольного процесса горения водорода является величиной положительной. Рассмотрим еще одно аналогичное явление на примере равновесного состояния прямой и обратной реакции синтеза аммиака: Реакция происходит с выделением тепла (есть экзотермической), и оно направлено в сторону уменьшения энергии системы за образование. Это соответствует первому закону термодинамики. Но при постоянной температуре через некоторое время процесс образования аммиака прекращается и наступает равновесие: концентрации и не меняются. Что является причиной такого явления? Обратим внимание, что система с правой стороны уравнения более упорядоченной (две молекулы), зато левая с четырьмя молекулами менее упорядоченной. Итак, согласно второму закону термодинамики произвольный процесс направляется в сторону меньшей упорядоченности, то есть тяготеет к увеличению энтропии системы. Равновесное состояние системы наступает именно за уравновешивания влияния изменений и. Каким образом учесть потенциальное влияние на уравновешивания процесса этих функций? Существует какая-то функция системы, которая их учитывает? Именно так! Такая функция, называется «свободной энергией системы» и обозначается буквой. Если влияние энтальпии и энтропии на ход обратимых процессов выравнивается, то само изменение функции свободной энергии равна нулю:. Если процесс (реакция) характеризуется большим числовым значением и отрицательным по знаку, то это означает, что реакцию сдвинуты вправо, то есть в сторону образования ее продуктов. Если наоборот, то процесс совсем не будет происходить.
Продвижение сайта днепропетровск
Свободная энергия связана с энтальпией и энтропией уравнением где — это та часть изменения энтальпии, которая может быть трансформируемой в работу, а — тепловая потеря. Единица свободной энергии системы (ее еще называют «свободной энергией Гиббса») имеет такую же размерность и единицу, как и энергия. В табл. 13 приведены стандартные молярные «свободные энергии» Гиббса для некоторых веществ. Расчеты изменения стандартной свободной энергии любой химической реакции можно выполнить по стандартным изменениями молярных энтальпий и энтропии реакции. Рассмотрим такую задачу. При какой температуре начнется произвольный процесс распада известняка (СаСО3 = СаО СО2), если предположить, что для этой реакции значение и не зависят от температуры и соответственно равны и. Сначала из приведенного выше уравнения определим свободную энергию Гиббса при нормальных условиях. Поскольку значение положительное, то в условиях 298 К реакция не произойдет. Минимальную температуру, при которой начнется распад известняка, определять уже известное нам соотношение:, откуда К (933 ° С). Итак, произвольный расписание природных залежей известняка, например таких, которыми богата наша Слобожанщина, Украине не угрожает, но для технологического процесса получения из него извести и диоксида углерода необходимо предусмотреть экономические затраты на нагрев сырья до указанной температуры. Современная термодинамическая наука оперирует еще третьим законом термодинамики , математическое выражение которого через энтропию имеет следующий вид: , когда. Его формулировка: с приближением температуры любого тела к абсолютному нулю изменение энтропии при изменении любого свойства системы также стремиться к нулю и доривнюва вать нулю за достижения температуры абсолютного нуля: упо рядкованисть структуры вещества достигает идеальной. Такое, на первый взгляд, не очень понятное определение таит в себе очень важную информацию, которая позволила решить проблемы синтеза алмазов, выполнить термодинамические расчеты синтеза многих новых веществ, прогнозировать течение сложных природных и технологических процессов. Более глубокое познание термодинамических законов оставим для самостоятельного их обработки любознательным, а здесь обратим внимание на их значение для осознания закономерностей процессов как в природных системах, так и в системах технологий и экономики в целом. Во-первых, природные экосистемы и биосфера в целом, поглощая из космоса низкоонцентрированных энергию Солнца, тратят ее в двух, по-разному термодинамически направленных, процессах: концентрируя меньшую ее часть в структурно упорядоченных химических соединениях живых организмов, поэтому уменьшая энтропию экосистем и рассеивая ее большей части в форме еще более низкой концентрации тепловой энергии среды, то есть излучая ее снова в космос. Определяющим фактором такого энергетического распределения солнечной энергии в биосфере является стабильность сложного энтропийного баланса. Во-вторых, в технологических и (в целом) в материально-энергетических процессах экономики конверсии природного ресурса в потребительскую стоимость (см. Рис. 9, 1.1.3) энергия, которая расходуется на техническую конверсию, как и в живых организмах, в меньшей части концентрируется в благоустроенной структуре потребительской стоимости с уменьшением энтропии, а в значительно большей степени — в структурно неблагоустроенном хаосе отходов производства, увеличивая энтропию окружающей среды. Из этого следует неутешительный вывод: технический прогресс современной экономики приводит к разрушению окружающей среды, то есть к увеличению энтропии, хаоса. К этой проблеме мы вернемся в следующих разделах. Здесь только напомним очень интересное наблюдение: во многих древних источниках отчетливо просматриваются черты почти современного понимания термодинамических законов. Так, создание мира, по Библии, начинается с хаоса — состояния максимальной энтропии материальной системы первичного космоса. Создатель в первый день разделяет хаос на небо и землю и отделяет свет от тьмы: упорядочивает хаос. В последующие пять дней процесс создания Вселенной происходит в четкой последовательности уменьшения энтропии, то есть увеличение упорядоченности материальной системы нашего бытия. А не продвигается человечество в обратном направлении? Итак, сакраментальное: «Быть или не быть? ...» Литература

  1. Колотило Д. М. К 61 Экология и экономика: Учеб. пособие. &Mdash; М .: Финансы, 1999.
См .: Фримантл М . (M. Freemantle). Химия в действии. &Mdash; М .: Мир, 1991. — Т. 1.